автореферат и диссертация по психологии 19.00.01 для написания научной статьи или работы на тему: Перцептивное взаимодействие белизны и воспринимаемости освещенности поверхности

Автореферат диссертации по теме "Перцептивное взаимодействие белизны и воспринимаемости освещенности поверхности"

Московский государственный университет нм. М. В. Ломоносова

Психологический факультет

На пропах рукописи

Лунжсова Елтаиета Геннадьевна

ПЕРЦЕПТИВНОЕ В'ШПЮДКПСТВИЕ БЕЛИШЬ! И ВОСПРИНИМАЕМО!! ОСВЕЩЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

(19.00.01 - общая психология)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата психологических наук

Москва 1997

Работа выполнена в проблемной лаборатории восприятия на факультете психологии Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.

Научный руководитель:

кандидат психологических наук, ст. научн. сотр. Владимир Вячеславович Любимов

Официальные оппоненты:

доктор психологических наук, профессор Чингиз Абельфазович Измайлов,

кандидат психологических наук, доцент Томириса Моисеевна Федорова. ,

Ведущая организация: Институт психологии РАН.

Зашита диссертации состоится " ... "...............'...., 1997 г.

в . . , час. на заседании диссертационного совета К-053.05.74 факультета

психологии Московского государственного университета им.

5

М.В.Ломоносова по адресу: 103009, Москва, К-9, ул.,Моховая, 18, корп. 5,

ауд....

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета психологии МГУ.

Автореферат разослан ".. . ".......................... 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат психологических наук В. Я Романов.

ВВЕДЕНИЕ

*

Объекты окружающего иира обладают свойствами, позволяющими им ' определенным, характерным дл» них образом отражать или преломлять падаюший на них сеет. Падающий на поверхность свет, отражаясь от нее, изменяет свои характеристики {интенсивность, спектральный состав и диаграмму направленности) соответственно физически« особеннлстям дгниой поверхности. Зрительная система человека реагирует на определенные параметры светорого потока, попадающего на сетчатку В результате, в сочнанин человека возникают образы объектов окружающего иира Пр1>блема состоит о той, что характеристики спетового потока, попадающего на сетчатку, изменчивы и неоднозначны Они зависят не только от свойств объектов, но и от условий. наблюдения движения наблюдателя или объектов, изменения общего оспешеннл и др Одни и те же изменения я структуре отраженного объектом света могут быть вызваны различным« физическими процессами Так, интенсивность отраженного окрашенной а ахроматический цвет поверхностью светового потока (яркость) зависит как от ее коэффициента отражения (альбедо), так н от интенсивности падающего света (освещенности) Одна к та же интенсивность отраженного света может соответствовать черной хорошо освещенной поверхности или находящейся в темном помещении белой При этой зрительная система имеет дело только с • яркостью Две остальные переменные - коэффициент отражения и освещенность, - нам обычно непосредственно не даны Следовательно, информация, которую мозг может получить из "картинки" на сетчатке зачастую бывает неоднозначна Однако, из нашего повседневного опыта очевидно, в образе восприятия представлены субъективные корреляты как раз тех двух переменных, которые непосредственно не даны "на входе". Мы не видим света и его характеристик, мы не задумываемся о том, какова интенсивность отраженного теи или иным предметом и попавшего на сетчатку светового потока, - мы легко отличаем серую поверхность от белой или черной, и видим, освещен ли объект ярким светом или находится в тени Именно эта проблема и представляет для нас наибольший интерес.

Вопрос о том. каким образом, имея неоднозначные данные "на входе", мы все же адекватно воспринимаем характеристика объектов окружающего мира, в течение многих лет является основным а проблематике константности восприятия Феномен

константности восприятия ахроматического цвета поверхности рассматривался eme в рамках физиологической оптики (Heimholtz, 1867, Hering, 1874). Геяьмгольц и Геринг, а также многочисленные последователи каждого из них, занимавшиеся психологией восприятия, исходили из предположения о том, что зрительная система вынуждена компенсировать различия в яркости, обусловленные разницей » освещении, для константного и адекватного восприятия цвета поверхности Предлагались разные механизмы такого рода компенсации, но решение проблемы так н не было найдено.

Альтернативой гипотезам компенсации »вилась гипотеза ннвзриантных отношений в восприятии Согласно последней, отдельный параметр проксимальной стимуляции однозначно задает не один феноменальный параметр, а отношения нескольких. Применительно к нашему случаю, интенсивность отраженного поверхностью н попавшего на сетчатку саета может соответствовать определенному соотношению белизны и воспринимаемой освещенности поверхности В рамках этой гипотезы мы можем говорить о константности восприятия, рассматривая ее не в классической схеме "дистальный стимул -' проксимальный стимул - феноменальный параметр образа", а, скорее, в схеме "2 (или более) взаимосвязанных дистальных стимула - проксимальный стимул • 2 (или более) взаимосвязанных феноменальных параметра образа". В таком случае процесс построения зрительнего образа представляется как сложная "интерпретация" данных сетчаточного изображения, в которой играет роль общая структура воспринимаемой ситуации, а отдельные феноменальные параметры азаимоопределяют друг друг»,- Авторами ряда работ было выдвинуто предположение о том, что зрительная система использует набор перцептивных правил для определения соотношения Между.отдельными параметрами образа восприятия (Epstein, Park. 1%3. Epstein. 1982; Logvinenko, IW и др ) Известны правила, связывающие величину зрительного угла проекции объекта на сетчатку, видимую величину и видимую удаленность объекта (Кауфман, Рок. 1974), форму проекции объекта на сетчатку, видимую форму и видимый наклон объекта (Epstein, ■ Park. 1963) и др. Гипотеза о том, что в процессе восприятия цвета поверхности зрительная система решает подобно« уравнение, связывающее яркость, белизну и воспринимаемую освещенность поверхности (Вудворте, 1950, Beck, 1972) получила название альбедо-гипотезы Ее разработкой и проверкой занимался Я Бек (Beck, 1961. I96J. 1972) Однако, результаты экспериментов, проведенных Беком не дают однозначного ответа ни на вопрос о существовании данного перцептивного правила.

ии. тем более, на »опрос о его форме. На основании ряда исследований (Вегкягот. 1977. Пегкягот с1 а! , 1*)Я4, - 1993; Ся'сЬп^!, 1977) можно предположить, что в интересующее нас перцептивное взаимодействие. может быть включен и видимый рельеф (или компоновка) объектов в сцене Но заключение о существовании и виде перцептивного взаимодействия между ахроматическим цветом, воспринимаемой освещенностью поверхности и видимым рельефом (или компоновкой) поверхностей в сцене требует специального исследования

Актуа-инветь проблемы определяете», таким обратом, проблемами развития самой психологической науки о восприятии, поиском новых исследовательских парадигм, позволяющих максимально близка подойти к изучению собственно психологических механизмов и закономерностей в зрении человека. С одной стороны, классический психофизический подход не оправдывает себя при рассмотрении феноменов, подобных описанным выше. С другой стороны, существующие в рамках современных подходов гипотезы о перцептивном взаимодействии между воспринимаемой освещенностыо, белизной, а также видимым рельефом поверхности. » которых иначе рассматриваете» сам процесс построения образа восприятия, не имеют достаточно веских экспериментальных доказательств в пользу существования закономерной связи между данными феноменальными параметрами, и уж тем более не дают оснований ал* заключения относительно ее вида

Предметом мсслейо*ания является перцептивное взаимодействие феноменальных параметров образа восприятия - белизны и воспринимаемой освещенности поверхности

Ценю работы являете« экспериментальная проверка гипотезы о существовании перцептивного правила, связывающего воспринимаемую освещенность и белизну поверхности, а также выявление его вида

Гипотеш иге¡едоюния. Мы предполагаем, тто построение образа восприятия не является односторонне направленным процессом - от параметра стимула к феноменальному параметру Картина распределения яркости по сетчатке является основой, на которой по определенным внутренним правилам строится перцептивный образ В ходе этого процесса отдельные феноменальные параметры - воспринимаемая освещенность, белизна и видимый рельеф поверхности, - приводятся в соответствие между собой согласно иконам, определяющим структуру всей сиены в целом Известны эксперименты, наглядно демонстрирующие взаимосвяшшость восприятия

бел inn ы и рельефа (или компонован) поверхностей (Beck, 1965; Bergstrom, 1977, Gilchrist, 1477) Однако, исследования проводились лишь на качественном уровне, и не производилось никакой количественной оценки воспринимаемой освещенности Наша гипотеза состоит в том. чго воспринимаемая освешенность и белизна поверхности связаны инвариантным соотношением, форма которого отражает взаимосвязь между соогвеклвующими физическими параметрами

Для выявления взаимодействия феноменальных величин необходимо было создать такую экспериментальную ситуацию, »ггобы воспринимаемая освешенность и белизна менялись при неизменной проксимальной стимуляции Проще всего этого можно было достичь, построив экспериментальную ситуацию так, чтобы при неизменной яркости поверх поста создавалась иллюзия изменения одного из нужных параметров С этой целью были созданы две экспериментальные установки, в одной нз которых необходимый эффект достигался за счет использования псевдоскопнческой трансформации рельефа поверхности (Компанейский. 1940). а другой - эа счет иллюзии, возникающей в феномене обоеа (Лопвиненхо, 1981).

Для достижения указанной цеди были сформулированы основные ин)ачи работы:

1 Количественное установление взаимозависимости белизны и воспринимаемой освещенности поверхности при псевдосколическом изменении компоновки поверхностей

2 Установление формы перцептивного правила, свя!ывающего белизну поверхности с ее воспринимаемой освещенностью при нескольких фиксироаанных уровнях яркости.

Методы исс.1едо*анил. Для построения функциональной зависимости между воспринимаемой освещенностью и белизной в первом эксперименте использовался метод подравнивания (Бардин. 1976, Guilford. 1954, Woodworth, Schlosberg. 1961), во втором - модифицированный метод прямой оценки величины (Geldard, )9ь2. Krantz, Arbor, 1972) Субъективные шкалы воспринимаемой освещенности и белизны а первом эксперименте строились методом равноделення (Torgerson, 1958), «о втором -тем же модифицированным методом прямой оценки величины

Научная н/мишаработы состоит в том. что впервые • количественно обосновано существование инвариантного соотношения между белизной и воспринимаемой освещенностью поверхности и определена ею форма,

s

• я качестве методических приемов ял я количественного исследования взаимосвязи воспринимаемой освещенности и белизны при изменяющейся и при фиксированной яркости поверхности использованы исеадоскопический эффект и иллюзия обоев, о установлено количественное соотношение между воспринимаемой освещенностью и белизной поверхности при иллюзорном изменении рельефа на прямо противоположный в чффекте псевдоскопического обращения, о различными психофизическими методами построены субъективные шкалы воспринимаемой освещенности

Теоретическая тачимость работы. Предложена модель восприятия ахроматического цвета поверхности, в которой проблема константности белизны рассматривается с точки ipemt« гипотезы инвариантных отношений в восприятии *)тот перспективный теоретический подход, имеющий практические приложения к таким вилам константности восприятия хак константность видимой формы или величины объекта, оправдывает себя и в области цветовосприятия В нашем исследовании подтверждена шпотеза о наличии инвариантного соотношения между белизной и воспринимаемой освещенностью поверхности и определена его форма Анализ экспериментальных результатов позволяет сделать вывод о том, что инвариантное соотношение между феноменальными параметрами адекватно отражает взаимосвязь между соответствующими физическими переменными, еще раз подтверждая общетеоретическое представление о том, что в образе восприятия в адекватной субъекту форме отражаются внешние объективные связи и закономерности

Практическая тачимоеть рабити. Результаты аналитической части работы, а также полученные экспериментальные данные могут быть использованы в преподавании курса "Общая психология" и при проектировании и расчете систем визуального отображения информации

Лпрооацим работы. Работа была обсуждена на заседании проблемной лаборатории восприятия ф-та психологии МГУ и заседании кафедры обшей психологии ф-та психологии МГУ 19 февраля 1947 г.

Материалы диссертации были представлены на 17 и 19 Европейских Конференциях по зрительному восприятию (Eindhoven, 1994, Strasbourg, |Ч06) и

Первой всероссийской конференции по психологии "Психологи* - сегодня" (Москва. 1996) Содержание работы отражено в 5 публикациях.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, включающих постановку проблемы восприятия белизны и освещенности поверхности н описание проведенных исследований, выводов, библиографии и приложений Ее общин объем составляет 116 стр. Диссертация содержит.12 рисунков.

На основе анализа литературных данных и в результате настоящего исследования были сформулированы, экспериментально проверены и выносятся на защиту следующие тезисы:

1 При псевдоскоп ическом изменении рельефа на обратный воспринимаемая освещенность является линейной функцией белизны Т.е., чем более черной выглядит поверхность в обратном рельефе, тем менее освещенным кажется данный участок при обычном наблюдении и наоборот. Один и тот же контраст яркостей интерпретируется либо как различие в цвете, либо как разница в освещенности в зависимости от восприятия сцены в целой и ее рельефа, в частности.

2 Белизна и воспринимаемая освещенность связаны инвариантным соотношением

Ыс» Ё-ш(У) <!>'

где И - белизна поверхности, Е - ее воспринимаемая освещенность, к - константа, зависящая от испытуемого и т(\') - константа, зависящая от испытуемого й от уровня яркости поверхности У Зависимость т(У) хорошо аппроксимируется логарифмической функцией.

3 Инвариантное соотношение, связывающее белизну и воспринимаемую освещенность поверхности отражает закономерную ¿вязь между соответствующими физическими параметрами, которая описывается уравнение« Гельмгольца-Геринга:

Е'И-У (2)

гае Е - физическая осеешеиность поверхности, Я - ее коэффициект отражения. У -интенсивность отраженного поверхностью светового потока (яркость).

СОДЕГЖЛ5 {11К ДИССЕРГАЕ ш к.

Ввелгниу включает в себя обоснование актуальности работы, формулировку цели и основных задач работы, а также ее краткую аннотацию.

Глнвя нсгзнаи содержит постановку проблемы и краткий обзор отраженных в литературе экспериментальных исследований и существующих теоретических подходов к формулировке н решению обшей проблемы константности восприятия и константности восприятия белизны, в частности Несмотря на то. что на данный момент эта проблема является одной из наиболее разработанных (как теоретически, так н экспериментально) в психологии, до сих пор не существует единого мнения как в отношении формулировки проблемы константности восприятия белизны, так и в подходах к ее решению Основные формулировки этой проблемы можно свести к следующему положению не существует однозначного соответствия между определенными параметрами проксимальной стимуляции и образа восприятия, при изменении условий наблюдения объекта характеристики отраженного им и попадающего в глаз светового потока изменяются, а его образ остается постоянным То есть, образ восприятия соответствует дистальиому стимулу (т.е., физическому объекту), а не проксимальному (свету, отраженному объектом и попавшему на сетчатку)

Под ахроматическими, или нейтринными, традиционно понимаются цвета в бело-серо-черном континууме. Окрашенная в нейтральный цвет поверхность отражает часть падающего на нее светового потока без изменения его спектрального состава. Фишческим параметром, характеризующим окрашенную в ахроматический цвет поверхность, является ее коэффициент отражения, или альбедо, Я Коэффициент отражения определяется через понятия падающего на поверхность светового потока м отраженного поверхностью светового потока Характеристикой интенсивности падающего на элемент поверхности светового потока является освещенность, Е, зависящая от удаленности источника света и от утла между нормалью к поверхности и направлением на источник, те, от расположения поверхности относительно источника Можно сказать, что освещенность поверхности зав-,кит от ее рельефа и от »«я«и«и| источников н объектов в сиене Характеристикой интенсивности отраженного поверчткльк> в определенно« направлении (и, возможно, попадавшего

на сетчатку глаза) светового потока является яркость, Y (Савельев, 1988). Для поверхностей, по свойствам близких к ламбертовым (яркость которых равна по всем направлениям), отношение между Е, R. и V известно как уравнение Гельмгольца-Геринга (2).

Зрительная система имеет дело непосредственно только с интенсивностью светового потока, отраженного от поверхности и попадающего на сетчатку, т.е., с яркостью, и никак не взаимодействует с ее коэффициентом отражения Однако, в образе восприятия представлен как раз субъективный коррелят отражательной способности поверхности - ее белизна (Рок. 1980). Принято считать, что яркость является проксимальным стимулом для белизны поверхности. В принципе, яркость тоже имеет свой субъективный коррелят - субъективную яркость или ceem.ii/my Различия между белизной и светлотой неоднократно обсуждались в литературе (Рок, 1980; Beck, 1972; Gilchrist, 1979). Мы придерживаемся той точки зрения, что коэффициеш отражения поверхности и Яркость отраженного ей и попавшего на сетчатку светового потока представлены феноменально на разных уровнях построения зрительного образа. Можно сказать, что светлота - параметр чувственной ткани, а белизна - характеристика предметного содержания образа. В нормальных условиях обычного наблюдения чувственная ткань н предметное содержание образа слиты, т.е., светлота как отдельный самостоятельный параметр образа не воспринимается и не осознается. Однако, яркость поверхности и, соответственно, светлота зависят не только от коэффициента отражения, но и от интенсивности падающего на данную поверхность освещения, а также расположения" поверхности относительно других поверхностей и источника, т.е., компоновки объектов в сцене. Тем не менее, несмотря на изменения в проксимальном стимуле, - яркости отраженного поверхностью и попавшего на сетчатку светового потока, - и в чувственной ткани образа (светлоте), наблюдатель обычно достаточно адекватно справляется с задачей оценки белизны поверхности, белый лист бумаги обычно выглядит белым независимо от того, сколько света он отражает. Это и составляет суть феномена хонстептноста восприятия ficiujHw поверхность воспринимается неизменной при изменяющихся условиях.

Что же изменяется в образе восприятия в ответ на физическое изменение интенсивности падающего освещения? Опираясь на работы авторов, занимавшихся проблемой восприятия цвета поверхности (Вудвортс, 1950; Рок, 1980, Beck, 1961; Gilchrist, 1977, Katz, 1935), в этом случае, по-видимому, можно говорить об

изменениях в аоспринилтсмой освещешшсти поверхности. Данные самонаблюдения, а также результаты ряда исследований (Beck, 1959; Beck. 1961; Gilchrist, 1983) показывают, что человек способен не только к раздельному восприятию белизны и освещенности, но и к их независимой оценке. Воспринимаемая освещенность, как и белизна, - параметр предметного содержания образа, дистальным стимулом для которого является интенсивность падающего освещения (или освещенность), а проксимальным - та же яркость поверхности, что и для белизны. Это и приводит к некоторой переформулировке проблемы константности, а именно, каким образом зрительная система, имея дело только с яркостью, разводит белизну и воспринимаемую освещенность так, что образ восприятия оказывается адекватным реальному предмету. .

Первые попытки объяснения феномена константности восприятия ахроматического цвета поверхности принадлежат Г. Гельмгольцу (Helmholtz, 1867) и Е Герннгу (Hering. 1874) Оба они исходили из следующих предположений; во-первых. стимулом для восприятия белизны является интенсивность отраженного поверхностью и попавшего на сетчатку светового потока; во-вторых, поскольку яркость зависит не только от коэффициента отражения, зрительная система вынуждена компенсировать различия в яркости, обусловленные разницей в освещении, для константного и адекватного восприятия цвета поверхности. Гельмгодьц и Геринг, а также многочисленные последователи каждого из них, предлагали разные механизмы такого рода компенсации, но решение проблемы так и не было найдено. Г. Гельмгольц (Helmholtz, 1867) считал, 'гто у человека имеется достаточно возможностей, чтобы исследовать цвета предметов при различном освещении, поэтому он научается учитывать эти различия к компенсировать их, делая "бессознательные умозаключения" о том, как выглядела бы данная поверхность при нормальном свете. Таким образом человек правильно определяет альбедо поверхности. Впервые эта теория была подвергнута критике Н. Герингом (Hering, 1874) Вместо "бессознательных умозаключений" в качестве факторов, компенсирующих различия в освещении Геринг предложил рассматривать такие физиологические механизмы как сокращение и расширение зрачка в зависимости от общего освещения, световую адаптацию сетчатки, и рецкпрокное взаимодействие между соселними участками сетчатки, проявляющееся в известном явлении одновременного цветового контраста.

Гипотеза Геринга нашла свое продолжение в работах I". Валлаха (Баллах. 1074), Д Джеймсон и Л. Гурвича (Jameson, Hurvich, 1961; Jameson, Hurvich. 1964) и других авторов В литературе это теоретическое направление известно как гипотеза отношеннй Валлах предположил, что если любая нейтральная поверхность отражает какую-то постоянную долю с cera, то интенсивности света, отражаемого двумя различными поверхностями при одинаковом освещении, должны находиться между собой в постоянном отношении, как бы не изменялась общая освещенность По мнению Валлаха, воспринимаемые нейтральные цвета зависят от соотношения интенсивностей света, отражаемого смежными участками поверхности. Джеймсон и Гурвич на основании анализа результатов ряда исследований предложили теорию цвеговосгсрихтня, в которой константность белизны объясняется с помошью нейрофизиологического процесса, сходного с механизмом латерального торможения Но мнению авторов, восприятие цвета поверхности действительно зависит от отношения между яркостями соседних участков на ретинальном изображении, но эта зависимость, в отличие от предложенной Валлахом, не является линейной Однако, и в теории и, особенно, в экспериментальных исследованиях Джеймсон и Гурвич не разводили должным обраюм понятия субъективной яркости, или светлоты, и собственно цвета поверхности. Для обозначения этих понятий авторы часто использовали одно и то же слово brightness

Вариант теории отношений, позволяющий развести эти две реальности был предложен Э. Лзняом и его сотрудниками (Land, МсСапп, 1971, Land, 1977, Zeki, 199J) Сам Лэвд дал своей теории название "ретинексной" (retina - сетчатка и cortex - кора). Лэид предлагает двух стадийный процесс обработки- зрительной информации На первом этапе для каждого из участков спектра (длинно-, средне- и коротковолнового) формируется "сеетлотная композиция", т е , сравниваются интенсивности света данной длины волны с различных участков сетчатки. На втором этапе, для того, чтобы определить цвет поверхности, светлотные композиции, полученные для различных участков спектра сравниваются между собой Таким образом определяется цвет каждой находящейся в поле зрения поверхности. Очевидно, что ретинекендя теория не учитывает одного существенного аспекта: в повседневной жизни в поле зрения довольно часто одновременно попадают поверхности, имеющие разную освещенность Однако, эксперименты В. С. Годжела и Д X Мершона (Gogcl, Mershon, 1961, Mershon, Gogel, 1970), А. Гилкриста (Gilchrist, 1977) и других авторов демонстрируют,

!!

что вопреки теории отношений одна и та же "картинка" на сетчатке с фиксированным отношением яркостей может интерпретироваться по-разному в зависимости от обшей интерпретации сцены Так, белизна поверхности зависит от воспринимаемого )>с:и,Суа или компоновки поверхностей 1С сожалению,' ни в эксперимента"; Годжела и Мершона, ни в экспериментах Гилкриста не исследовалось специально, как воспринимается освещенность тестовых образцов указывалось лишь, что с изменением воспринимаемого рельефа воспринимаемая освещенность тоже должна измениться

Таким образом, в конце 60-ых - в 70-ые годы появились исследования, не укладывающиеся в традиционную схему Если раньше, начиная с классической психофизики, предполагалось, что каждый параметр обрам восприятия должен иметь свой проксимальный стимул (величина объекта - размер угловой проекции на сетчатку, цвет - яркость и спектральные характеристики светового потока и т л ). то результаты экспериментов Годжела и Мершона. Гилхрисга и других авторов (Btrgttroin. 1477) поклыкают. что это не всегда так Похоже, 'тто восприятие белизны «висит не только от параметров сетчаточного изображения Белизна взаимосвязана с мРШ'ерида.кмц

такими как, например, воспринимаемая освещенность или видимый рельеф поверхности, и. воможио, может определять их или определяться ими

[Иаимосвяштость восприятия белизны, освещенности и рельефа поверхности подчеркивается авторами ряда современных моделей восприятия ахроматического цврта поверхности (Arend, 19<М. Bergstrom, 1977; IW4, Gilchrist. 1494. Gilchrist, Delmaii. Jacobsen, 1483) ">ni модели обьединяет общий подход к проблеме построения образа восприятия, и в частности, к константности восприятия цвета н освешенности поверхности Предполагается, что построение образа восприятия не является односторонне направленным процессом - от параметра стимула к феноменальному параметру. Картина распределения яркости по сетчатке является основой, на которой по определенным внутренним правилам н законам строится перцептивный образ. Причем, в ходе этого процесса отдельные феноменальные параметры приводятся в соответствие между собой согласно законам, определяющим структуру всей сцены в целом В физическом мире происходят сложные взаимодействия между трехмерной формой, ахроматической окраской, освещенностью п яркостью поверхности Аренд и Бергетрем считают, что для того, чтобы построить перцептивный образ на основе

распределения яркости по сетчатке, необходимо использовать некоторую систему перцептивных правил Эти правила связывают между собой феноменальные параметры к отражают соответствующие связи, существующие во внешнем объективном мире

Гипотеза инвариантных отношений в восприятии (Кауфман, Рок, 1974, Логвкнснкп, 19S1, Стголин, 1976, Epstein, Park, 1963, Epstein, 1982) исходит из сходных предпосылок Предполагается, что определенный параметр проксимальной стимуляцпн может задавать не один параметр образа, а соотношение нескольких Так. например, зрительный угол объекта на сетчатке определяет отношение видимой величины объекта н его воспринимаемой удаленности от наблюдателя.

Существует предположение, известное под названием альбедо-гипотезы (Beck, 1972, Logvinenko, 1993), о том. что подобное перцептивное уравнение связывает белизну и воспринимаемую освещенность поверхности, отражая связь соответствующих физических параметров (уравнение Гельмгольиа-Геринга) В том mue, в котором ее сформулировал Я. Бек (Beck, 1972) эта гипотеза звучит так Восприятие белизны определяется формулой:

A-S/M (3) . '

где А - воспринимаемая белизна, S - интенсивность отраженного поверхностью светового потока; N1 - регистрируемое (registered) освещение Формула (3) повторяет закон Гельмгольиа-Геринга (2), но относится не только к физическим, но и к феноменальным величинам Впрочем, является ли "регистрируемое освещение" физическим или субъективным параметром в тексте Бека не поясняется Из его экспериментальных работ становится понятным, что параметр М определяется как физическое значение стимула, подравненного испытуемым к стандартному С целью проверки альбедо-гипотезы Бек провел ряд интересных экспериментов (Beck. 1959, 1961; 1965), в каждом из которых испытуемые, во-первых, уравнивали освещенности различных поверхностей; во-вторых, сравнивали поверхности по белнзне На основании полученных результатов Бек сделал вывод об отсутствии закономерной связи между этими перцептивными параметрами Однако, по ряду существенных причин этот вывод представляется нам необоснованным, а* вопрос об истинности альбедо-гипотезы - открытым. Для решения этого вопроса мы провели собственное исследование восприятия, ахроматического цвета, освещенности и рельефа поверхности.

Мы исходили из общей гипотезы о том, что в процессе построении зр>ггельного образа отдельные параметры проксимальной стимуляции и чуастксниой Ткани не задают однозначно соответствующие феноменальные характеристики, некоторые феноменальные параметры, такие как восприЛимасмая освещенность, белизна и видимый рельеф или компоновка поверхностей, взаимосвязаны между собой Построение каждого из них происходит не в отдельности, независимо друг от друга по данным чувственной ткани, а согласованно, по перцептивным правилам, отражающим взаимосвязь соответствующих физических переменных.

Главной целью нашего исследования являлась экспериментальная проверка гипотезы о существовании перцептивного правила, связывающего воспринимаемую освещенность и белизну поверхности, а также выявление его вида. Задачей первого эксперимента являлось количественное исследование взаимосвязи белизны и воспринимаемой освещенности поверхности при иллюзорном изменении ее рельефа. Задачей второго эксперимента была проверка гипотезы о существовании перцептивного уравнения, связывающего белизну и воспринимаемую освещенность при неизменном уровне яркости поверхности, и установление его вида

Глав» »топая содержит описание первого эксперимента и его результатов

Исследования Компанейского (Компанейский. 1940), Гилкриста (Gilchrist. 1*577, 1979, 1980), Кергстрема (Bergstrom, 1977, Bergstrom et.al., 1993) и Столина, (Столин, 197Ь) показали, что иллюзорное изменение рельефа поверхности сопровождается изменениями в ее воспринимаемой освещенности и цвете. Однако, к сожалению, описания производились только на качественном уровне и ост&тось неясным, как именно ведут себя белизна н воспринимаемая освещенность в подобной ситуации, и носят ли отношения между видимым рельефом, белизной и воспринимаемой освещенностью какой-либо закономерный характер. Нами была поставлена задача количественного изучения соотношения между данными перцептивными параметрами.

Чтобы иметь возможность изменять рельеф поверхности мы, вслед за Компанейским, использовали эффект псевдоскопического обращения, впервые наблюдавшийся Витсгоуном (Wheatstone, 1838). На гладком экране перпендикулярно укреплялся конус. При обычном наблюдении Конус выглядит выпуклым. Если световой поток падает наклонно нг? экран, конус отбрасывает тень « наблюдатель видит равноокрашенные, но по разному освещенные участки поверхности экрана. Участок эа конусом, на который падает тень, выглядит слабо освещенным, в то время

как км. остальной экран освещен ярко Коли смотреть на конус через псевдоскоп, выпуклость становится вогнутостью и юнус выглядит кяк воронка, уходящая в глубину экрана При этом новая сиена с измененным рельефом заставляет зрительную систему искать другие тнпогезы о соотношении феноменальных параметров для объяснения новой перцептивной картины А. именно, наблюдаемая воронка не может (хбрасынаж теми, никаких других предметов, которые могли бы это делать, в поле трення испытуемого нет В данном случае затененный участок выглядит освещенным глк*1\ как окружающий его экран, а изменения в интенсивности отраженного им светового потока интерпретируются теперь как наличие окраски Нашей задачей являлось установление количественного соотношения между воспринимаемой освещенностью н белизной при иллюзорном изменении рельефа Поскольку в основном эксперименте использовался метод подравнивания (Бардин. 197б. Guilt'ord. 195-1, Woodwonh. Schlosberg, 1%3) н измерения проводились физических единицах (освещенность - коэффициент отражения), а речь идет о соотношении между параметрами феноменальными, необходимо было найденным физическим параметрам поставить в соответствие значен«« параметров субьективных (воспринимаемая освещенность - белизна) Для этого s двух предварительных экспериментах методом рачноделенмя (Torgerson. 1'>SS) проводилось построение соответствующих субьективных шкал И первом эксперименте строилась шкала воспринимаемой освещенности участков поверхности » зависимости от нх физической освещенности Во втором эксперименте проводилось построение шкалы белизны в зависимости от коэффициента отражения поверхности Полученные в первом и втором предварительных экспериментах шкалы использовались для перевода соотношения "освещенность - коэффициент отражения" в соотношение "воспринимаемая освещенность - белизна"

Экспериментальная установка в основном эксперименте была построена так, чтобы испытуемый мог варьировать яркость затененного (тестового) участка, не меняя при этом яркости окружающего поля Процедура одного опыта заключалась в следующем из 27 карточек, использованных в предварительном эксперименте по построению субъективной шкалы белизны были выбраны 8 карточек с коэффициентами отражения, равномерно расположенными в диапазоне от 0 ¡3 до 0 % Одна из карточек в случайном порядке устанавливалась на экране Испытуемый, глядя в псеволоскоп, устанавливал яркость тестового участка так, чтобы его цвет был равен

цвету окрашенной карточки. Затем испытуемый смотрел на экран бет псевдоскопа Над конусом на "»кране был закреплен один из поляризационных светофильтров, с помощью которых в предварительном эксперименте строилась субьскгивная шкала воспринимаемой освещен кости Светофильтр отбрасывал тень на участок экрана 'Экспериментатор вращал светофильтр, изменяя оссещемность этого участка, до тех нор, пока его освещенность и освещенность тестового участка не воспринимались испытуемым как равные Экспериментатор фиксировал коэффициент отражения карточки н освещенность участка за светофильтром Одна экспериментальная серия состоял* из восьми опытов, а каждом из которых менялась одна из восьми цветовых карточек Всего было проведено 50 серий В эксперименте принимали участие двое испытуемых Т Г и Л Л

Графики, иллюстрирующие зависимость воспринимаемой освещенности поверхности от ее белизны представлены на рис.1 (», б) для испытуемых Т Г и Л Л . соответственно

б)

з»

я ¡¿I <с я

5 3 ' <■«'

5 Г М

55 5= м ЙЙ

§!»

с ®

«и.

и Н » (1 bC.Ul1.tLV 07)1 Ц,

3"

И"

г

55 м

в Я 8.

/

и и (6 а вивши, отн. ад,

Рис. 1 (а, б) Функции зависимости воспринимаемой освещенности от белизны поверхности при псевдоскопнческом обращении рельефа для испытуемых Т Г. (а) и Л Л. (б). По оси абсцисс отлажены значения белизны, по оси ординат • воспринимаемой освещенности в относительных единицах.

По оси абсцисс отложены значения бел юны в относительных единицах, по оси ординат - значения воспринимаемой освещенности Наилучшей аппроксимацией экспериментальных данных метолом наименьших квадратов являются л и нем мы с ф>нкшш

Ё-I» Й+т (4)

где Е • воспринимаемая освещенность участка У2. Я - его белизна, 1 и ш - константы Ре^льтаты исследования покапывают, что изменение видимой компоновки поверхностей влечет за собой »оменення в восприятии других параметров сцены, а именно, освещенности и белизны отдельных ее участков, и можно утверждать, что ни феноменальные параметры взаимосвязаны Гак. один и тот же темны» участок на светлом фоне может "интерпретироваться" зрительной системой по-ратному, в зависимости от того, как видится вся ситуация в целом либо как тень от конуса, палаюшдя на белый экран, либо как окрашенный участок или "аппликация", на равкооскещсннуй поверхности Полученные т рис I прямые показывают, что воспринимаемая освещенность является линейкой функцией белизны Чем более черной выглядит поверхность в обратном рельефе, тем менее освещенным кажется данный участок при обычном наблюдении и наоборот

Результаты экспсримента не противоречат предположению о том. что в зрительной системе рсалщустся перцептивное правило, аналогичное уравнению (Г), но связывающее белизну и воспринимае мую освещенность. Однако их явно недостаточно для того, чтобы подтвердить или опровергнуть эту гипотезу, и уж тем более сделать заключение относительно формы подобного перцептивного правила Экспериментальная проверка гипотезы о существовании перцептивного уравнення, связывающего яркость, белизну и воспринимаемую освещенность поверхности, стала главной задачей исследования, описанного а третмй главе

Глава третья содержит описание второго эксперимента и его результатов С целью проверки альбедо-гипотезы мы прр&еяи исследование взаимодействия воспринимаемой освещенности к белизны при нескольких фиксированных уровнях яркости поверхности, V.

Для изучения количественного взаимодействия между белизной поверхности и ее воспринимаемой освещенностью при фиксированном уровне яркости использовался феномен обоев (Леонтьев. 1974; Логвиненко, 1981) Экран, на плоскость которого проецировалась иллюзорная решетка, и сама физическая решетка

освещались двумя независимыми источниками. В иллюзорной сцене полоски pemcn.ii воспринимались испытуемым как окрашенные участки экрана, и весь экран выглядел равнооснешеиным Это давало возможность независимо. контролировать яркость полосок решетки и воспринимаемую освещенность всей сиены

Испытуемый, глядя скво!ь решетку, фиксировал взгляд на определенной точке перед экраном При возникновении иллюзии обоеа полоски решегки воспринимались лежащими на экране и выглядели окрашенными Экспериментатор устанавливал фиксированный уровень освещенности решетки, а затем варьировал фоновую освещенность (освещенность участка экрана, на который проецировалась иллюзорная решетка), что вызывало изменение белизны полосок иллюзорной решетки Испытуемого просили оценить белизну иллюзорной решетки и ее освещенность Оценка производилась модифицированным методом прямой оценки величины ((>«Маг<1. 1462, КгаШ/. АгЬог, 1972) Испытуемый должен был назвать число от 0 до 10 для оценки бслишы н от О до 50 для оценки освещенности В качестве эталонов для оценки лих параметров он должен был использовать окрашенные карточки и освещенные участки, расположенные на том же экране Карточки и освещенные участки определяли диапазоны изменения физических параметров и задавали минимальную, максимальную и среднюю точки на шкалах белизны и воспринимаемой освещенности соответственно Числу О на шкале белизны соответствовала черная карточка, числу 10 - белая и числу 5 - серая Нулевой точке на шкале воспринимаемой освещенности соответствовала физическая освещенность нижнего, точке 50 -верхнего, точке 25 - среднего участка Эталонные значения физических параметров определялись для каждого уровня яркости решетки и для каждого испытуемого в серии предварительных экспериментов

Основной эксперимент состоял из трех экспериментальных серий, каадая из мчорых проводилась для фиксированного уровня освещенности решетки (5, 10 и 20 л») Поскольку решетка был» сделана из белой бумаги с коэффициентом отражения Й-О то уровень ее яркости, определенной нами как отраженный от поверхности световой поток, оставался также постоянным, равным 4 8, 9.6 и 19 2 лк. Каждая серия состояла из 50 опытов Один опыт состоял из 8 замеров, каждый для фиксированного у ровня фоновой освещенности В экспериментах принимал« участие трое испытуемых Л Л . Г В и С Е

Результаты, отражающие взаимосвязь белизны иллюзорной решетки и ее воспринимаемой освещенности при трех фиксированных уровнях яркости решетки, проставлены на рис 2 (а. 6. в) для испытуемых Л Л. Г В к С Е, соответственно По оси абсцисс отложены значения воспринимаемой освещенности, по оси ординат -значения оценки белизны в относительных единицах

*) б)

»

Рис 2 (а, б. в) Зависимость белизны от воспринимаемой освещенности поверхности ли испытуемых Л Л (а), Г В (б) и С Е (в) По оси абсинсс отложены значения воспринимаемой освещенности. по оси ординат - белизны в относительных единицах

Вертикальными и горизонтальными отрезками отмечены значения стандартные отклонений Через экспериментальные точки, полученные для трех различных уропней яркости решетки, методом наименьших квадратов проведены аппрокскмациониые кривые Результаты аппроксимации хорошо описвваются линейной функцией (1)

Результаты проведенного исследования позволяют сделать вывод, что воспринимаемая освещенность к белизна поверхности связаны перцептивным уравнением

Н+к* Е»т(У) (1)

где Я - белизна поверхности. Н • ее воспринимаемая освещенность, к - константа, зависящая от испытуемою и п(У) - константа, зависящая от испытуемого и от уровня яркости поверхности У Зависимость ш(У) хорошо аппроксимируется логарифмической функцией, поэтому может трактоваться как субъективная яркость (что правомерно, если учесть закон Вебера-Фехнера)

Графики, представленные на рис 2 отражают форму полученного перцептивного уравнения Они показывают, что если яркость поверхности остается постоянной, то изменение ее воспринимаемой освещенности влечет за собой изменение ее цвет» чем больше воспринимаемая освещенность, тем чернее воспринимаемый цвет поверхности Правило взаимодействия этих феноменальных параметров хорошо описывается линейной функцией с постоянным углом наклона, не зависящим от уровня яркости поверхности

Мы считаем, что перцептивное правило (I) адекватно отражает связь между соответствующими физическими параметрами. Действительно, если мы подставим в уравнение Гельмгольца-Геринга выраженные в явном виде значения Е и И из полученных нами психофизических функций белизны и воспринимаемой освещенности, то взаимосвязь между перцептивными параметрами будет описываться формулой, имеющей тот же вид. тто и уравнение (1).

В первой главе диссертации мы предположили, что отраженный от поверхности световой поток, представленный на уровне чувственной ткани как субъективная яркость, определяет на уровне предметного содержания две феноменальные характеристики - белизну м воспринимаемую освещенность. Белизна и воспринимаемая освещенность не являются независимыми друг от друга. Связывающее их перцептивное правило отражает существующие во виешкем мире отношения между соответствующими физическими параметрами. На основании

полученных данных можно сказать, что наша гипотетическая схема получила хорошее

подтверждение

Полученные нами результаты позволяют вернуться к формулировке альбедо-гипотезы, предложенной Я Беюк (3) В своих экспериментах (Веек, [%5) Бек получил ре!ультаты, часть которых подтверждала альбело-гипотезу, другая часть противоречила ей На наш взгляд, эксперименты Бека были поставлены некорректно, поэтому, общий вывод об отсутствии закономерной связи между белизной и воспринимаемой освещенностью представляется нам необоснованным Однако, мы могли бы сопоставить наши данные с результатами Нека, подтверждающими формулу (3) На первый взгляд, наши данные противоречат данным Века Однако, это не так Мы считаем, что альбедо-гипотезу можно сформулировать в двух вариантах Один из них, описанный и проверявшийся Я Беком <Веск, 1972) практически повторяет уравнение Гельмгольца-Геринга и предполагаем гиперболическую зависимость между белизной и воспринимаемой освещенностью, другой - полученный нами, является линейной фу нкцией (!) Различия в формулировках обусловлены различием методов и единиц измерения При переводе одних единиц измерения в другие с помощью психофизических функций получаются два идентичных уравнения А зто означает, что обе формулировки альбедо-гипотезы корректны и имеют право на существование они различаются только методом исследования и единицами измерения

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Полученные нами экспериментальные результаты, а также анализ данных других исследований позволяет сделать следующие выводы

! Белизна поверхности, ее воспринимаемая освещенность и видимый рельеф сиены взаимосвязаны в образе восприятия. Можно сказать, что между данными перцептивными параметрами происходит перцептивное взаимодействие, благодаря которому каждый из них определяется не только из соответствующих характеристик светового потока, но зависит'также и от того, как вндягге* другие параметры и вся сцена в целом.

2 При псевдоскопмческом изменении рельефа на обратный изменяется и восприятие белизны и освещенности поверхности Воспринимаемая освещенность в.

!ямом рельефе являете* линейной функцией белизны в обратном рельефе Т е. чем ■лее черным выглядит участок рядом с "воронкой", тем более густой кажется в тень конуса, и наоборот. Таким образом, одни и тот же контраст яркостей гтерпретируется либо как различие в цвете, либо как разница в освещении в висимости от восприятия всей сцены в целом и ее рельефа, в частности

3 Белизна и воспринимаемая освещенность связаны инвариантным отношением (1) Иными словами, сумма двух этих феноменальных параметров, меренных в относительных единицах, пропорциональна логарифму яркости 1вер.хностн. При неизменной яркости один и тот же участок поверхности может 1глядеть более черным, хорошо освещенным, либо более белым, но освещенным же, в зависимости от того, как воспринимается вся сцена в целом.

4. Инвариантное соотношение между белизной и воспринимаемой вещенностью поверхности отражает закономерную связь между соответствующими ническими параметрами, которая описывается уравнением Гельмгольца-Геринга (2) 1кнм образом, еше раз подтверждается общетеоретическое представление о том, что образе восприятия в адекватной субъекту форме отражаются внешние объективные язи и закономерности

ISO ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО:

1 Лунякова Н Г Перцептивное взаимодействие воспринимаемых белиз освещенности и рельефа поверхности/Тезисы дипломной работы/ - Вестник М Психология. 199S, ВЫП 1, Стр fcS-66

2 Меньшикова ГЯ, Лунякова Е Г. Перцептивное взаимодействие ахроматическ цвета поверхности и ее воспринимаемой освещенности. - Вестник М Психолошя, 1996, выл. 1. сгр 22-30

3. Меньшикова ГЯ. Лунякова ЕГ Перцептивное взаимодействие белизны воспринимаемой освещенности поверхности - "Психология - сегодня", ежегол Российского Психологического Общества, Москва, 1996, т2, вып З.стр 14-15

4 G Menshikova, Е I.unyakova Relationship between achromatic colour of a surface and perceived illumination in the "wallpaper" illusion. - Perception. 1994, vol 23. p 17-18

5 G Menshikova, E Lunyatova The albedo hypothesis two formulations of the percepi rule - Perception. 1996, vol 25. p ill